绝对安全的量子通信：潘建伟团队实现千公里星地量子密钥分发(2)

值得一提的是，量子具有不可复制的性质。如果窃听者Eve截获了一个光子，由于他只能随机选择A密码本或者B密码本去读，Eve得到正确的数字的概率为75%，而他继续发送给Bob的光子也是如此。也就是说，Eve的窃听不被发现的概率是75%。

这是单光子的情况。如果Alice发送的是10个光子，Eve不被发现的概率是5.6%；如果Alice发送的是100个光子，Eve不被发现的概率是十万亿分之三。

Alice发送完光子串后，会通过经典通信渠道，比如打电话，与Bob核对部分光子。如果发现不存在被窃听的情况，在理论上说，Alice就可以继续向Bob分享剩下的光子的密码本，由Bob挑选出用对密码本的部分作为密钥。

星地量子密钥分发

这种可以防止黑客窃听的量子密钥分发，在国防、政府和商业通信领域很有潜力。去年11月份，潘建伟团队就利用地面光纤，实现了400公里的量子密钥分发。

这次，潘建伟团队通过去年8月发射升空的量子科学卫星“墨子号”分发密钥，光子的损耗率几乎可以忽略不计。卫星上搭载了用于产生量子密钥的光学系统，由八个激光二极管（四个用于产生密钥信号，四个用于产生诱骗态，产生的光波长为850nm）、一个半波片、两个偏振分束器和一个分束器组成。

“墨子号”处于太阳同步轨道上。每天的当地时间00:50分，墨子号进入河北兴隆地面站的视野范围内，持续大约5分钟。

《自然》杂志上的论文数据来自2016年12月19日，量子密钥分发时间持续273秒。在最近距离645千米，地面站接收光子的速率达到每秒12000比特，而在最远距离1200千米，地面站接收光子的速率达到每秒1000比特。实验平均误码率维持在1%左右。在密钥分发的最后阶段，误码率明显上升，论文解释道，这是因为此时地面站的望远镜朝向了北京方向，受到环境亮度的干扰增加。

在完成首个超过1200千米的星地量子通信实验后，潘建伟团队计划以“墨子号”为中转，实现远距离地面间的量子密钥分发。比如说，兴隆地面站把密钥分发给卫星后，卫星储存2小时密钥，等到出现在新疆南山地面站的视野范围内，再分发给南山站。

潘建伟团队也将在中国、奥地利、意大利和德国间实验洲际密钥分发。

论文结尾提到，地面的量子通信光纤，足以覆盖百公里级别的距离。为了提高卫星的覆盖面积，搭建全球量子通信网络，潘建伟团队必须发射更多低轨或高轨的量子通信卫星，组建星座，尽可能实现在地球上的任意地点，只要天气条件合适，即可实践量子通信。

上个月，潘建伟团队在《自然·光子学》期刊（Nature Photonics）上发表了在青海湖白天远距离（53公里）自由空间量子密钥分发的成果。下一代量子通信卫星将不再怕光，能够白天上岗。